Znajdź zawartość

Amerykanie opracowali bandaż, który stymuluje i kieruje wzrostem naczyń krwionośnych na powierzchni rany. Bandaż, nazywany pieczęcią mikrowaskularną, zawiera żywe komórki, które dostarczają czynniki wzrostu do uszkodzonych tkanek według z góry zaplanowanego wzorca. Po tygodniu wzór pieczątki znajduje już odzwierciedlenie w układzie naczyń. Wszystkie rodzaje tkanek, jakie chcielibyśmy odbudować, z kośćmi, mięśniami czy skórą włącznie, są bardzo unaczynione. Jednym z większych wyzwań w odtwarzaniu sieci waskularnej jest metoda kontrolowania wzrostu i rozmieszczenia przestrzennego nowych naczyń - podkreśla prof. Hyunjoon Kong z University of Illinois. Inni badacze umieszczali czynniki wzrostu w materiałach do pokrywania ran. Akademicy z Illinois jako pierwsi zastosowali w pieczęci żywe komórki, które zapewniają dostawy czynników wzrostu stale i w ukierunkowany sposób. Pieczątka ma szerokość ok. 1 cm. Utworzono ją z warstw poli(tlenku etylenu). Ponieważ jest porowata, mogą przez nią przepływać różne cząsteczki. Kanaliki kierują ruchem większych molekuł, np. czynników wzrostu. Zespół Konga testował pieczątkę na kurzym embrionie. Po tygodniu udało się uzyskać żądany wzorzec naczyń. Gdzie będzie można zastosować wynalazek naukowców? Jak sami twierdzą, do utworzenia obejścia zaczopowanego naczynia czy zwiększenia unaczynienia tkanek ze słabym przepływem krwi.

Po raz pierwszy w historii nauki nie trzeba chemicznie utrwalać, barwić ani preparować komórek, by móc je zbadać. Dzięki rentgenowskiemu mikroskopowi nanotomograficznemu, najnowszemu wynalazkowi specjalistów z Centrum Helmholtza w Berlinie (Helmholtz-Zentrum Berlin, HZB), da się analizować całe żywe komórki w ich naturalnym środowisku. Zostają one szybko zamrożone, a akademicy zyskują trójwymiarowy obraz najmniejszych nawet elementów strukturalnych ssaczych komórek. Nowy mikroskop w jednym etapie zapewnia obraz 3D całej komórki. Daje mu to sporą przewagę nad mikroskopem elektronowym, w przypadku którego trójwymiarowy obraz uzyskuje się dopiero po zestawieniu wielu cienkich przekrojów. Proces rekonstruowania w ten sposób pojedynczej komórki może zająć tygodnie. Co więcej, w odróżnieniu od mikroskopów fluorescencyjnych, gdzie by zobaczyć jakąś strukturę, korzysta się z tzw. fluoroforów, czyli substancji chemicznych fluoryzujących po wzbudzeniu światłem o określonej długości, tutaj nie trzeba używać żadnych znaczników. Mikroskop berlińczyków bazuje na naturalnym kontraście między materiałem organicznym a wodą. Zespół doktora Gerda Schneidera z Instytutu Tkanek Miękkich i Materiałów Funkcjonalnych współpracował z naukowcami z amerykańskiego National Cancer Institute. Akademicy uzyskali trójwymiarowy obraz komórek mysiego gruczolakoraka. Ujrzeli obie błony otoczki jądrowej, pory jądrowe, liczne wgłębienia błony wewnętrznej mitochondrium oraz wtręty (inkluzje) komórkowe w różnych organellach komórkowych, np. lizosomach. Nietrudno się domyślić, że dysponowanie tak szczegółowym obrazem pomoże w wyjaśnieniu wielu procesów, m.in. sposobu wnikania wirusów i nanocząstek do komórki lub jądra. Między innymi w wyniku zastosowania specjalnych soczewek, rentgenowski mikroskop nanotomograficzny gwarantuje zdolność rozdzielczą rzędu 30 nanometrów; dla porównania 10 nanometrów to 1/10 średnicy ludzkiego włosa. Podczas testów z wykorzystaniem synchrotronu BESSY II z HZB niemiecko-amerykański zespół oświetlał obiekty światłem o częściowej koherencji czasowej (w takim przypadku relatywne fazy dwóch fal elektromagnetycznych podlegają losowym fluktuacjom, ale nie są one na tyle duże, by fale stały się zupełnie niespójne). Obraz uzyskiwany za pomocą światła o częściowej koherencji zapewnia znacznie większy kontrast niż obraz generowany przy użyciu światła niespójnego (niekoherentnego). Nowa mikroskopia rentgenowska pozwala na pozostawienie wokół próbki szerszego marginesu, co daje lepszy ogląd przestrzenny. Wcześniej był on ograniczony ze względu na wymogi układu oświetleniowego. Początkowo specjalna przysłona wyłapywała z monochromatycznego promieniowania rentgenowskiego fale o określonej długości. Niestety, musiała się ona znajdować tak blisko próbki, że nie dało się nią poruszać. Naukowcy opracowali jednak specjalny kondensator, który zbiera monochromatyczne światło i bezpośrednio oświetla obiekt. Dzięki temu próbkę można obracać w zakresie 158 stopni. Mamy tu więc chyba do czynienia z twórczym rozwinięciem metody PIXE, w ramach której analizuje się widmo promieniowania rentgenowskiego, emitowanego przez materiał bombardowany wiązką naładowanych cząstek z akceleratora (tutaj synchrotronu).

Naukowcy z Uniwersytetu Purdue stworzyli nową technologię, która umożliwia jednoczesne badanie tysięcy próbek pożywienia lub wody w poszukiwaniu groźnych dla człowieka mikroorganizmów. Donoszą oni, że badanie takie można wykonać w czasie zaledwie jednej do dwóch godzin. Technologia opiera się na wykorzystaniu żywych komórek ssaczych, które w momencie uszkodzenia wydzielają do pożywki chemiczne "sygnały stresu". Sam pomiar jest dokonywany przez aparaturę optyczną podłączoną do komputera. Arun Bhunia, główny autor wynalazku, tłumaczy: Do zapewnienia biobezpieczeństwa i bezpieczeństwa żywności bardzo potrzebny jest szybki i wiarygodny test. Bardzo ważne jest to, że nasza technologia umożliwia zbadanie próbki w poszukiwaniu wielu patogenów jednocześnie, a także określenie ich ilości w badanej próbce. Dzięki temu możemy ocenić stopień zagrożenia patogenami zawartymi w badanym materiale oraz podjąć decyzję, jakie środki należy podjąć, aby zminimalizować ryzyko infekcji. Sercem układu zwanego biosensorem są komórki zawieszone w trójwymiarowej "sieci" stworzonej przez włókna kolagenowe, umieszczone na płytkach laboratoryjnych. Tak przygotowany zestaw jest gotowy do działania - wystarczy dodać do pożywki odpowiednią ilość badanego pożywienia lub wody, a następnie poczekać na reakcję komórek w odpowiedzi na ewentualną obecność mikroorganizmów. Test umożliwia nie tylko wykrycie bakterii, ale także pozwala odróżnić patogeny żywe od martwych. Dzięki temu zmniejszony został odsetek "fałszywych alarmów" (zwanych fachowo "wynikami fałszywie pozytywnymi"), pojawiających się często w podobnych testach poprzedniej generacji. Kolejną zaletą stworzonego sensora jest jego mobilność i uniwersalność. Przygotowaną płytkę można bowiem zabrać ze sobą np. do zakładu produkcji żywności i pobrać próbki bezpośrednio na nią. W takiej sytuacji komórki "analizują" próbkę już w czasie podróży powrotnej do laboratorium, dzięki czemu odczyt wyników jest znacznie szybszy. Mechanizm działania sensora jest bardzo prosty. W odpowiedzi na obecność patogenu (najczęściej jest to bakteria), komórki produkują i wydzielają specjalny enzym - alkaliczną fosfatazę. Jest to naturalny sygnał, wysyłany do otaczających komórek w odpowiedzi na uszkodzenie błony komórkowej. Po określonym czasie do pożywki należy dodać specjalny związek, który pod wpływem enzymu wybarwia się na żółto. W następnym etapie wystarczy prosta analiza barwy pożywki. Pozwala ona stwierdzić, jaka ilość enzymu została wydzielona przez komórki, co daje przybliżoną informację o stężeniu bakterii w próbce. Aby zwiększyć czułość analiz, wyselekcjonowano komórki o podwyższonej produkcji alkalicznej fosfatazy. Autorzy technologii sugerują jednak, że w podobny sposób można zastosować także inne enzymy, które umożliwiłyby wykrywanie innych rodzajów mikroorganizmów. Obecnie najtrudniejszym zadaniem stojącym przed badaczami jest przedłużenie czasu życia komórek zawieszonych w kolagenowej sieci. Teraz są one bowiem w stanie przeżyć zaledwie 4-6 dni. To za mało - aby test mógł znaleźć powszechne zastosowanie, komórki powinny być w stanie przeżyć co najmniej dwa tygodnie. Stawka jest jednak wysoka, gdyż o stworzenie podobnego biologicznego "urządzenia" stara się obecnie wiele uczelni i firm na całym świecie.

Dysponując niewielką zaawansowaną technicznie wagą, badacze mogą teraz zważyć żywe bakterie i komórki układu odpornościowego. Tradycyjna metoda oceny wagi polega na umieszczeniu cząsteczki w warunkach próżniowych na silikonowej płytce. Płytka drga z naturalną dla siebie częstotliwością. Zmienia się ona nieznacznie pod wpływem ciężaru cząsteczki. Oceniając wielkość zmiany, oblicza się masę molekuły. Rzecz jasna żywe komórki nie mogą przetrwać w próżni i muszą być zanurzone w płynie. Może on wpływać na wyniki pomiaru, gdy płytka również się w nim zanurzy. Grupa naukowców z MIT rozwiązała ten problem, wprowadzając ciecz z komórkami za pośrednictwem mikrokanału wydrążonego w samej szalce. Waga podaje odczyty z dokładnością do femtograma (1 fg, czyli 10-18 kg), co odpowiada masie jednej bakterii E. coli! Naukowcy twierdzą, że tania miniwaga pomoże np. w zliczeniu komórek CD4 u pacjentów zakażonych wirusem HIV, a to z kolei pozwoli ocenić postępy choroby.